三方麵有效控製EMC
發布時間:2013-05-16 責任編輯:felixsong
【導讀】時鍾速度的提升加上高頻率總線以及更高的接口數據速率使得PC電路板設計的挑戰性顯著提高,硬件工程師應在PC電路板設計階段解決EMC問題。本文就從接地設計、布局以及板外設計來探討控製EMC的方法。
時鍾速度的提升加上高頻率總線以及更高的接口數據速率使得PC電路板設計的挑戰性顯著提高。工程師必須超越板上實際邏輯的設計,還要考慮其它可能影響電路的因素,包括電路板的尺寸、環境噪聲、功耗和電磁兼容性(EMC)等。硬件工程師應在PC電路板設計階段解決EMC問題,確保係統不會受到EMC故障的影響。
良好的接地設計
低電感接地係統是最大限度減少EMC問題的最重要因素。最大限度地增加PCdianlubanshangdejiedimianjikejiangdixitongjiedidiangan,jinerjianshaodiancifushehechuanrao。chuanraokecunzaiyudianlubanshangderenheliangtiaobuxianzhijian,qujueyuhudianganhehudianrong,yubuxianzhijiandejuli、邊緣速率和布線阻抗成正比。
在數字係統中,互電感產生的串擾通常大於互電容產生的串擾。通過增加布線之間的間距或減少到接地層的距離可降低互電感。
信號連接到地的方法各種各樣。組件隨機連接到接地點的電路板設計會生成高接地電感,並引發不可避免的EMC問題。我們建議采用全鋪地層,這能在電流返回源極時最大限度地減小阻抗,不過接地層還需要專用的PC電路板層,這對於雙層電路板而言或許是不現實的。
因此,我們建議設計人員采用接地柵格,如圖1a所示。在此情況下,接地的電感取決於柵格之間的間距。
ciwai,xinhaofanhuixitongjiedidefangshiyehenzhongyao。xinhaolujingruguojiaochang,jiuhuichanshengjiedihuilu,jinerxingchengtianxianbingfushenengliang。yinci,suoyoujiangdianliudaihuiyuanjidebuxiandouyingxuanzezuiduanlujing,erqieyingzhijiedaojiediceng。

圖示:三種接地方法
如果不能采用專用的接地層,則可使用接地柵格代替(1a)。連接所有不同接地並將它們連接到接地層的做法並不可取,因為這不但會增加電流回路的大小,而且會增加接地反彈的可能性(1b)。讓接地與電路板的完整邊緣拚接在一起,形成法拉第籠,從而不會把任何信號路由到界限之外(圖1c),這種方法能把電路板的輻射限製在界限以內區域,避免外部輻射幹擾電路板上的信號。
連接所有不同接地並將它們連接到接地層的做法並不可取,這不但會增加電流回路的大小,而且會增加接地反彈的可能性。圖1b給出了將組件連接到接地層的推薦方法。
減少EMC相關的問題還有一個好方法,就是讓接地與電路板的完整邊緣拚接在一起,形成法拉第籠,從而不會把任何信號路由到界限之外(圖1c)。這種方法能把電路板的輻射限製在界限以內區域,避免外部輻射幹擾電路板上的信號。
從EMC的(de)角(jiao)度(du)來(lai)看(kan),各(ge)層(ceng)的(de)適(shi)當(dang)安(an)排(pai)也(ye)很(hen)重(zhong)要(yao)。如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)的(de)層(ceng)數(shu)超(chao)過(guo)兩(liang)層(ceng),那(na)麼(me)要(yao)用(yong)一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)的(de)層(ceng)作(zuo)為(wei)接(jie)地(di)層(ceng)。如(ru)果(guo)采(cai)用(yong)四(si)層(ceng)電(dian)路(lu)板(ban),那(na)麼(me)接(jie)地(di)層(ceng)下(xia)麵(mian)的(de)一(yi)層(ceng)應(ying)作(zuo)為(wei)電(dian)源(yuan)層(ceng)。必(bi)須(xu)注(zhu)意(yi)接(jie)地(di)層(ceng)的(de)位(wei)置(zhi)應(ying)在(zai)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)布(bu)線(xian)和(he)電(dian)源(yuan)層(ceng)之(zhi)間(jian)。如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)雙(shuang)層(ceng)電(dian)路(lu)板(ban),完(wan)整(zheng)的(de)接(jie)地(di)層(ceng)不(bu)可(ke)能(neng)實(shi)現(xian),那(na)麼(me)可(ke)采(cai)用(yong)接(jie)地(di)柵(zha)格(ge)。如(ru)果(guo)不(bu)使(shi)用(yong)單(dan)獨(du)的(de)電(dian)源(yuan)層(ceng),那(na)麼(me)接(jie)地(di)布(bu)線(xian)應(ying)與(yu)電(dian)源(yuan)布(bu)線(xian)平(ping)行(xing),以(yi)確(que)保(bao)電(dian)源(yuan)清(qing)潔(jie)。
布局指南
為了讓設計免受EMC的影響,電路板上的組件必須根據功能進行分類(模擬、數字、電源部分、低速電路、高速電路等)。每類的布線應在指定區域內。在子係統的邊界處應使用濾波器。
應(ying)對(dui)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)問(wen)題(ti)時(shi),必(bi)須(xu)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)時(shi)鍾(zhong)和(he)其(qi)它(ta)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)。連(lian)接(jie)這(zhe)種(zhong)信(xin)號(hao)的(de)布(bu)線(xian)應(ying)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan),而(er)且(qie)應(ying)與(yu)接(jie)地(di)層(ceng)相(xiang)鄰(lin),從(cong)而(er)保(bao)持(chi)輻(fu)射(she)和(he)串(chuan)擾(rao)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)控(kong)製(zhi)。
對dui於yu這zhe種zhong信xin號hao而er言yan,工gong程cheng師shi必bi須xu避bi免mian在zai電dian路lu板ban邊bian緣yuan或huo附fu近jin連lian接jie器qi處chu使shi用yong過guo孔kong或huo布bu線xian。此ci外wai,信xin號hao還hai必bi須xu遠yuan離li電dian源yuan層ceng,因yin為wei這zhe會hui引yin起qi電dian源yuan層ceng噪zao聲sheng。傳chuan輸shu差cha分fen信xin號hao的de布bu線xian應ying盡jin量liang靠kao近jin彼bi此ci,從cong而er可ke最zui有you效xiao地di發fa揮hui磁ci場chang消xiao除chu功gong能neng。
congyuanjixiangqijianchuanshushizhongxinhaodebuxianyingyoupipeizhongduan,zhiyaozukangbupipei,jiuhuichuxianxinhaofanshewenti。ruguobuzhuyichulifanshexinhaowenti,daliangnengliangjiuhuifushechuqu。butongxingshideyouxiaozhongduanbaokuoyuandian、端點和AC終端等。
對於麵向振蕩器的布線而言,除接地外的其它布線不應與振蕩器或其布線平行或在其下方運行。此外,晶體也應靠近所需的芯片。
由於返回電流總沿著最低電抗的路徑走,因此傳輸電流的接地布線應靠近傳輸相關信號的布線,從而保持電流回路盡可能的短。
傳chuan輸shu模mo擬ni信xin號hao的de布bu線xian應ying與yu高gao速su或huo開kai關guan信xin號hao分fen開kai,而er且qie必bi須xu用yong接jie地di信xin號hao進jin行xing保bao護hu。必bi須xu始shi終zhong采cai用yong低di通tong濾lv波bo器qi來lai去qu除chu周zhou邊bian模mo擬ni布bu線xian耦ou合he的de高gao頻pin噪zao聲sheng。
此外,模擬和數字子係統的接地層不能共享。
電路板外的注意事項
電源上的任何噪聲都可能影響工作中的器件功能。通常來說,耦合在電源上的噪聲頻率高,因此需要旁路電容或去耦電容進行濾波。
去耦電容為電源層到接地的高頻電流提供低阻抗路徑。電流流經路徑至接地,這個路徑形成了接地回路。
該路徑應保持盡可能低的電平,為此可讓去耦電容盡可能地靠近IC。
大型接地回路增加了輻射,可能是EMC故障的潛在來源。頻率越高,理想電容的電抗越趨近於零,市場上也不存在所謂真正理想的電容。
鉛和IC封裝也會增加電感。具有低等效串行電感的多個電容可用來提高去耦效果。
許多EMC相關的問題都是由傳輸數字信號的電纜zaochengde,zhexiedianlanshijifahuizhegaoxiaotianxiandezuoyong。lixiangqingkuangxia,jinrudianlandedianliuhuizailingyiduanliuchu,danshijishangjishengdianronghedianganhuizaochengfushewenti。
采cai用yong雙shuang絞jiao線xian電dian纜lan有you助zhu於yu最zui大da限xian度du地di減jian小xiao耦ou合he問wen題ti,可ke消xiao除chu任ren何he感gan應ying磁ci場chang。如ru果guo使shi用yong帶dai狀zhuang電dian纜lan,就jiu必bi須xu提ti供gong多duo個ge接jie地di返fan回hui路lu徑jing。對dui於yu高gao頻pin信xin號hao而er言yan,必bi須xu使shi用yong屏ping蔽bi電dian纜lan,而er且qie接jie地di屏ping蔽bi要yao連lian接jie在zai電dian纜lan的de頭tou尾wei處chu。
最後,屏蔽不是電氣解決方案,而是一種降低EMC的機械方法。金屬封裝(導電和/或磁性材料)可用來避免係統發出EMI。我們可用屏蔽覆蓋整個係統或部分係統,具體取決於相關要求。
屏ping蔽bi就jiu是shi一yi種zhong封feng閉bi導dao電dian容rong器qi的de形xing式shi,可ke連lian接jie於yu接jie地di,能neng通tong過guo吸xi收shou和he反fan射she部bu分fen輻fu射she有you效xiao減jian小xiao回hui路lu天tian線xian的de尺chi寸cun。這zhe樣yang,屏ping蔽bi也ye能neng作zuo為wei兩liang區qu之zhi間jian的de分fen割ge,減jian弱ruo一yi區qu向xiang另ling一yi區qu的deEM能量輻射。
屏蔽通過減弱輻射波的E場和H場來降低EMI。
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